CN1077830C - 防水纸背衬涂敷磨料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

用含聚合时疏水的可辐射固化粘结剂的底涂层和/或胶结涂层制造防水涂敷砂纸。

Description

防水纸背衬涂敷磨料及其制造方法

发明背景

本发明涉及涂敷磨料的制造方法，具体地涉及带有纸背衬的涂敷磨料的制造方法，更具体地涉及防水涂敷磨料的制造方法。

这些材料一般包括纸背衬和用酚醛改性的清漆树脂底涂层(maker)和胶结涂层(size coat)固定的磨粒。将改性清漆用作粘结剂是为了使该产品防水。然而，现已发现这些产品需要几小时才能使粘结剂完全固化。因此，这意味着还有很大的“改进”余地。另一种防水处理包括把胶乳橡胶饱和剂用于纸背衬。现已提出用可辐射固化的树脂代替常见的用酚醛树脂改性的清漆作为纸基底饱和剂。遗憾的是，将紫外辐射用作固化手段不能用于纸背面。另外，紫外辐射只有很有限的穿透力，而且如果砂纸是高度填充的(常常是这样)，磨粒形成紫外阴影，结果固化会是不均匀的。用穿透力强得多的电子束辐射可以获得更快的固化速度。遗憾的是，这种辐射会使该纸降解，从而降低产品的内部强度和整体性。

现已开发了具有突出的防水性、柔韧性和研磨性能的防水纸面磨料产品，而且这种产品可用以秒计而不是以小时或分钟计的固化时间制造。

发明的概述

在本发明优选的实施方式中，纸衬涂敷磨料用疏水可辐射固化树脂底涂层和/或胶结涂层制成。对树脂进行选择，较好使之具有疏水性。这是指固化后的表面是防水的，且不会被水降解。

在粘结剂涂层中加入疏水添加剂可产生或提高疏水性。上述的疏水添加剂是具有侧接丙烯酸酯官能团的硅氧烷。

优选的固化手段是紫外辐射，任选地在紫外引发固化后进行热处理。如果磨料组分阻碍完全紫外固化或需要进行深度固化，这种方法常常是合适的。

如果所用的辐射固化手段是电子束辐射，通常宜用在电子束辐射下耐降解的合成纤维增强用作背衬的纸。这种纸通常称为FRP，使用这种纸是本发明至少一个实施方式的优选方面。

因此，本发明的一个实施方式的防水纸衬涂敷磨料包括用至少5％重量的耐电子束辐射的合成聚合物纤维增强的纤维素纸。

合成聚合物纤维能耐电子束辐射。这是指加入10％重量或更高的合成聚合物纤维的纸比没有进行纤维增强的但其它方面都相似的纤维素纸在电子束辐射处理后至少保持25％以上的强度。FRP工业实例中的纤维常常被纤维素纤维缠绕，而不是放在纸表面上。这样，它们就有助于或改善纸的撕裂强度。这种纸是众所周知的工业产品，且用于许多用途中。发明的详细描述

提供底涂层和胶结涂层之一或两者的粘结剂制剂包括至少部分能辐射(最好紫外辐射)固化的树脂。这些一般经自由基机理聚合的树脂包括环氧丙烯酸酯树脂、具有侧接α，β-不饱和羰基的氨基塑料衍生物、烯类不饱和化合物、具有至少一个侧接丙烯酸酯基的聚异氰脲酸酯衍生物、具有至少一个侧接丙烯酸酯基的聚异氰酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环氧/线型酚醛清漆以及它们的混合物。

聚氨酯丙烯酸酯例如包括羟基为端基的异氰酸酯扩链的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。丙烯酸酯化环氧树脂例如包括双酚衍生物(如双酚A环氧树脂)的二丙烯酸酯。常见的氨基塑料衍生物具有至少1.1个侧接α，β-不饱和羰基。合适的烯类不饱和化合物包括含碳原子、氢原子和氧原子以及任选的氮原子和卤原子的单体化合物或聚合化合物。氧原子和氮原子一般存在于醚基、酯基、氨基甲酸酯基、酰胺基或脲基。常见的异氰酸酯衍生物具有至少一个侧接丙烯酸酯基。

这些树脂的实例通常通过丙烯酸酯单体或低聚物(包括二丙烯酸酯和三丙烯酸酯)与线型酚醛清漆、环氧树脂或聚氨酯或低聚氨酯的反应制得。通过改变各组分的比例可调节最终树脂的性质。通常在制造粘结剂树脂时所需的性质是硬度和韧度。

加入能赋予疏水性的带有侧接丙烯酸酯官能团的可共聚合硅氧烷单体能赋予或提高树脂粘结剂的疏水性。环氧丙烯酸酯树脂常已有一定程度的疏水性，特别是那些液态且无需额外溶剂就可用于粘结剂涂层中的环氧丙烯酸酯树脂。这些树脂具有在固化过程中无需除去溶剂的优点。一种这样的环氧丙烯酸酯树脂是以商品名称Ebecryl 3605购自UCB Radcure。

如果用紫外辐射固化粘结剂，通常需要光引发剂来引发自由基聚合反应。合适光引发剂的实例包括二苯酮、氧化磷、亚硝基化合物、丙烯酰卤、腙、巯基化合物、吡喃鎓(pyrillium)化合物、三丙烯酰基咪唑、苯并咪唑、氯代烷基三嗪、苯偶姻醚、苯偶酰缩酮、噻吨酮、樟脑醌和苯乙酮衍生物。也可使用阳离子光引发剂。这种光引发剂的实例包括芳基重氮鎓盐、芳基锍盐、芳基碘鎓盐和二茂铁盐。

热引发剂是通常所需的额外组分，因为它们可被紫外固化过程中释放出来的热量所活化，结果增加了固化的程度或深度，且可能避免需要后固化的操作。合适的热引发剂包括偶氮化合物、咪唑和有机过氧化物，如二酰基过氧化物、乙酰基磺酰基过氧化物、过二碳酸二烷基酯、叔烷基过氧酯、单过碳酸(O，O-叔烷基)烷基酯、二(叔烷基过氧)缩酮、二叔烷基过氧化物、叔烷基过氧化氢和酮过氧化物。

通常提供波长约为200-700纳米，较好约为250-400纳米的紫外辐射。在进行紫外辐射的同时或以后可附加热处理。

如果使用电子束辐射处理，一般使用的加速电压约为150-400千伏，虽然某些扫描电子束装置在超过500千伏的加速电压下工作。常见的电子束设备可穿透密度高达750克/米²的物质。

通过加入具有能使硅烷或硅氧烷有效粘接于粘结剂树脂的官能团(如羟基或丙烯酸酯官能团)的硅烷或硅氧烷，可使粘结剂制剂产生或提高其疏水性，同时保持总体疏水性。硅烷本质上是疏水的，因此它能提高涂敷磨料产品的防水性。、这种硅烷适宜于加入胶结涂中，补加量硅烷也可加入涂覆在胶结涂层上的分离涂层中。硅烷可与其它添加剂(如抗静电剂、抗负载(anti-loading)添加剂或研磨助剂一起加入。合适硅烷的实例是γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。可用于这种用途的硅氧烷的实例是BYK-371，一种购自BYK Chemie的含有侧接丙烯酸酯基的硅氧烷。

粘接在背衬来制造本发明涂敷磨料的磨粒可以是常用于制造涂敷磨料的任何磨粒。它包括氧化铝(熔凝和烧结)、碳化硅、熔凝氧化铝/氧化锆、立方氮化硼、金刚石和上述两种或多种的混合物。

如上所述，当电子束辐射是选择的固化手段时，较好使用加入增强纤维的纸张(这种纸张通常称为“FRP”)。适用于制造FRP的增强纤维包括聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯以及上述物质的共聚物或这些纤维的混合物。常见的FRPs通常含有约10-40％重量的增强聚合物纤维。最优选的增强纤维由聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)或聚酰胺(如尼龙66)制成。这些纤维通常是短纤维，但也可以使用缠结的连续，虽然FRP生产过程变得复杂一些。合成聚合物纤维的直径通常和与之缠绕的纤维素纤维的直径相同，但只要不偏离本发明的基本范围，它的直径可以稍大一些或稍小一些。

用于本发明产品的优选FRPs通常含有10-40％，较好15-30％重量的合成纤维。显然纤维越粗，合成纤维的含量就可能越接近这种范围的上限。

优选实施方式的描述

现在参照如下说明性实施例来描述本发明。这些实施例不是用来对本发明基本范围作必要的限定。

实施例1

本实施例表明用电子束辐射固化机理制成的涂敷磨料的性能。将涂敷磨料切成测试用的圆磨片。用Schieffer试验将其与市售“Fastcut”防水纸磨片(用常规酚醛树脂清漆粘结剂体系将碳化硅磨粒粘接到橡胶-乳液饱和的A-weight纸基底上制成的磨片进行比较。

在该试验中，用处于水平位置的环形夹紧装置将直径约为11.4厘米的磨片固定在预备的支承垫上。然后以预定的恒力使外径为2.54厘米、长度为5.08厘米和用6061铝制成的圆柱形工件与该垫接触，并按预定的转数旋转。在本实施例中，所选的力为7磅(31牛顿)，转数设定为400。

试验完成后，测量和记录工件和磨片的重量差。

对用下述电子束固化底涂层和胶结涂层制成的磨片进行上述试验。将Schieffer试验数据与用市售防水纸衬磨片所得的数据进行比较。纸张：    购自Kimberly Clark的Tanco A2，C-39406底涂层：  购自Morton International的Uvithane 783脂族二丙烯酸化聚氨酯

      N-乙烯基吡咯烷酮

      丙烯酸异冰片酯

      FC-171表面活性剂

      BYK-A510脱气剂

      A174硅烷偶合剂胶结涂层：购自UCB的Ebecryl 3603三官能丙烯酸化环氧线型酚醛清漆

      N-乙烯基吡咯烷酮

     丙烯酸异冰片酯

     FC-171表面活性剂

     BYK-A510脱气剂

     A174硅烷偶合剂

固化时间：

工业对比：      121℃，6-7小时

电子束固化：    几秒钟

                      表1

试样      试样磨削量    磨片损耗量    磨削/损耗

对比试样      0.6          0.13         4.62

电子束固化    0.5          0.1          5.00

每种情况下的磨粒是碳化硅(粒度180)。由此可见，用电子束固化制剂制成的防水砂纸的研磨性能基本上与市售防水砂纸的性能相同。试样的磨削量和磨片的损耗量都以克计，且分别指从试样上磨削掉的金属和磨片的重量损耗。

实施例2

本实施例比较纤维增强纸与常规纸张的耐电子束照射性。FRP是以标识符C75148“A”weight出售的Kimberly Clark产品。它包括合成纤维增强材料。对比纸张是实施例1中所述的市售Tanco A2纸。在每种情况下，将纸张暴露在350千伏电子束辐射下。定期测量撕裂强度，将初始撕裂强度的百分保留率对所受的总辐射(兆拉德计)作图。

比较FRP的撕裂强度与相似重量的常规纸张(如常用于市售防水砂纸中的纸张)的撕裂强度，可非常清楚地看到常规纸张被电子束处理严重降解。这就是以前不用这种固化技术的原因，尽管可大大节省所用的时间。固化大多数丙烯酸酯类涂料所需的常规剂量为2-5兆拉德/次(对于甲基丙烯酸酯类为8-12兆拉德)。因此，在固化底涂层和胶结涂层后，纸基底常被降解。使用FRP基本上解决了这个问题，且允许使用这种有利的技术。

实施例3

本实施例比较四种防水砂纸试样：用常规技术制得的砂纸胶乳橡胶饱和剂制成的一种标准对比试样(实施例1中所用的“FastCut”市售产品)。试验方法是实施例1中所述的Schieffer试验。

与“FastCut”磨片进行比较的本发明制剂是如下几个：

1.电子束固化试样本试样将Ebecryl 3605(以该商品名称购自UCB RadcureInc.的丙烯酸化环氧低聚物)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的80/20混合物用作底涂层和胶结涂层中的粘结剂。

2.紫外固化试样除试样1中的Ebecryl 3605和NVP以外，本试样还含有3％购自Ciba-Geigy的光引发剂Darocure 1173。

3.紫外/阳离子固化试样除试样2中的组分外，本试样还含有4％CyracureUVI-6974。它是以此商品名称购自Union Carbide的锑鎓盐，其作用是促进阳离子固化机理。

在每个试样中的磨粒为粒度60的碳化硅。在第一组比较中，给出如下的本发明粘结剂制剂：电子束固化试样在线速度为30英尺/分钟和2兆拉德剂量下进行固化。将紫外固化试样以45英尺/分钟的线速度顺序地暴露在一个300瓦/英寸Fusion“D”型灯泡和一个400瓦/英寸“H”型灯泡下。紫外剂量等于1.6焦耳/厘米²，峰值辐照度为8.9瓦/厘米²。在紫外＋热固化对比中，在121℃还对试样热处理2小时。在如实施例1所述的Schieffer试验中测得的磨削/损耗之比列于下表中。

    试样        没有热处理    热处理

    电子束        4.89         ---

    仅紫外        6.818       8.555

    紫外＋热      6.509       7.504

    对比          0.723       0.723

对比试样的固化在约120℃下进行7小时。本发明试样的固化在几分钟内完成。

由上述数据可知，与对比磨片相比，本发明试样不仅获得了快得多的固化速度，而且在Schieffer试验中的磨削量高得多。

Claims (10)

1.防水纸背衬涂敷磨料，其特征在于它含有疏水可辐射固化的树脂底涂层和/或胶结涂层，所述的树脂还含有具有侧接丙烯酸酯官能团的硅烷或硅氧烷。

2.如权利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的疏水树脂可用紫外辐射固化。

3.如权利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的树脂可用电子束辐射固化。

4.如权利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的树脂含有液体环氧丙烯酸酯粘结剂组分。

5.如权利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的纸背衬是纤维增强纸。

6.防水纸背衬涂敷磨料的制造方法，其特征在于在纸背衬上依次涂覆底涂层、磨粒层和胶结涂层，底涂层和胶结涂层中至少一种含有疏水树脂粘结剂，该粘结剂含有具有侧接丙烯酸酯官能团的硅烷或硅氧烷，而且用选自电子束辐射和紫外辐射的辐射固化。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于对粘结剂还进行热固化处理。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的疏水树脂含有液体环氧丙烯酸酯树脂。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的树脂还含有选自(甲基)丙烯酸酯官能的硅烷和硅氧烷以及它们的混合物的添加剂。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于在底涂层和胶结涂层中都使用疏水树脂。